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CN108198802A - 电容器 - Google Patents

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CN108198802A
CN108198802A CN201711464230.3A CN201711464230A CN108198802A CN 108198802 A CN108198802 A CN 108198802A CN 201711464230 A CN201711464230 A CN 201711464230A CN 108198802 A CN108198802 A CN 108198802A
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layer
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capacitor
plate
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CN201711464230.3A
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张宁
叶立
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Shanghai Huali Microelectronics Corp
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Shanghai Huali Microelectronics Corp
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    • H10D1/00—Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60—Capacitors
    • H10D1/68—Capacitors having no potential barriers
    • H10W42/00—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

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Abstract

本发明提供了一种电容器，所述电容器包括：衬底；至少一层电极层，位于所述衬底上，所述电极层包括：第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板均呈叉指结构且相对交错排布，所述第一极板用于连接共模电压，所述第二极板用于连接参考电压；导电层，位于所述衬底上，所述导电层能够与所述第一极板产生寄生电容，且所述导电层与所述第二极板连接。本发明通过增加导电层，所述导电层能与第一极板产生寄生电容，阻断原第一极板和相邻层之间产生的寄生电容；将导电层与第二极板连接，将寄生电容引到第二极板上，最终减小了第一极板的寄生电容，提高了包括电容器的ADC(模数转换器)的线性度。

Description

电容器
技术领域
本发明涉及集成电路领域，尤其是一种电容器。
背景技术
集成电路制造CMOS工艺常用的电容器类型为由电极层构成的叉指结构的MOM(金属-氧化物-金属)电容器，该电容器主要利用同层的叉指之间形成的电容，而电极层与相邻层之间形成的电容成为寄生电容。图1是现有技术的电容器结构，该电容器100主要由一个叉指结构的第一极板121和一个叉指结构的第二极板122组成，两个极板的叉指插入对方的间隙，利用同层之间叉指与叉指之间的电容，然而相邻的层之间也会产生寄生电容。ADC(模数转换器)设计中，通常第二极板122通过开关连接参考电压或地，第一极板121连接共模电压，第一极板121到衬底的寄生电容Cpu将参与电荷的重新分配，从而影响ADC(模数转换器)线性度；而第二极板122的寄生电容Cpd则对于电荷分配没有影响，因此需要减小第一极板121的寄生电容，减小对ADC线性度的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能减小第一极板寄生电容的电容器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种电容器，所述电容器包括：
衬底；
至少一层电极层，位于所述衬底上，所述电极层包括：第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板均呈叉指结构且相对交错排布，所述第一极板用于连接共模电压，所述第二极板用于连接参考电压；
导电层，位于所述衬底上，所述导电层能够与所述第一极板产生寄生电容，且所述导电层与所述第二极板连接。
可选的，在所述的电容器中，所述导电层的数量为多层，所述电极层的上方和下方均至少形成有一层所述导电层，并且所述导电层至少部分对着所述第一极板。
可选的，在所述的电容器中，所述电极层的数量为n层，所述导电层的数量至少为n+1层，其中，n为自然数。
可选的，在所述的电容器中，所述导电层呈叉指结构，所述导电层的叉指数量与所述第一极板的叉指数量相同，所述导电层与所述第一极板正对。
可选的，在所述的电容器中，所述电容器还包括连接孔，所述导电层通过所述连接孔与所述第二极板连接。
可选的，在所述的电容器中，所述连接孔的数量为多个。
可选的，在所述的电容器中，所述导电层的材料选自金属或者多晶硅。
可选的，在所述的电容器中，所述电极层的材料选自金属。
可选的，在所述的电容器中，所述电容器还包括：
第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述衬底上，所述电极层位于所述第一绝缘层中；
第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述衬底上，所述导电层位于所述第二绝缘层中，且所述导电层通过所述第二绝缘层或者所述第一绝缘层与所述电极层绝缘。
在本发明提供的电容器中，通过增加导电层，所述导电层能与第一极板产生寄生电容，阻断原第一极板和相邻层之间产生的寄生电容；将导电层与第二极板连接，将寄生电容引到第二极板上，最终减小了第一极板的寄生电容，提高了包括电容器的ADC(模数转换器)的线性度。
附图说明
图1是现有技术电容器俯视图；
图2是本发明实施例一电容器俯视图；
图3是本发明实施例一电容器在图2的A线处的剖视图；
图4是本发明实施例一电容器在图2的B线处的剖视图；
图5是本发明实施例二电容器的剖视图；
图6是本发明实施例SAR型ADC电路；
图中：121-第一极板、122-第二极板、200-电容器、210-衬底、220-电极层、221-第一极板、222-第二极板、230-导电层、231-第一导电层、232-第二导电层、241-第一连接孔、242-第二连接孔、310-衬底、320-电极层、321-第一电极层、322-第二电极层、330-导电层、331-第一导电层、332第二导电层、333-第三导电层、MOM-电容器、S1-第一开关、S2-第二开关、S3-第三开关、VIN-输入电压、VREF-参考电压、GND-地、SUB-衬底、Cpu-第一极板到衬底的寄生电容、Cpd-第二极板到衬底的寄生电容。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
【实施例一】
参照图2、图3和图4，为减小电容器200的第一极板221(通常也可以称为上极板)的寄生电容，提高包含电容器200的SAR型ADC的线性度，本发明实施例提供了一种电容器200，包括：衬底210；至少一层电极层220，位于所述衬底210上，所述电极层220包括：第一极板221和第二极板222，所述第一极板221和所述第二极板222均呈叉指结构且相对交错排布，所述第一极板221用于连接共模电压，所述第二极板222用于连接参考电压；导电层230，位于所述衬底210上，所述导电层230能够与所述第一极板221产生寄生电容，且所述导电层230与所述第二极板222连接。
优选的，所述导电层230的数量为多层，所述电极层220的上方和下方均至少形成有一层所述导电层230，并且所述导电层230至少部分对着所述第一极板221。本实施例中，所述第一极板221为叉指结构，在其下方增加的所述第一导电层231也可以为叉指结构，所述第一导电层231和所述第一极板221有部分面积正对的情况下，所述第一极板221和所述第一导电层231会产生寄生电容。阻断第一极板221和衬底210之间的寄生电容，即将原来第一极板221与衬底210之间的寄生电容转换成第一极板221和第一导电层231的寄生电容。同样，第一极板221与第二导电层232也至少有部分正对，第一极板221与第二导电层232之间会产生寄生电容，阻断第一极板221与其他相邻层的寄生电容，将其转换成第一极板221与第二导电层232之间的寄生电容。优选的，所述第一极板221可以与所述第一导电层231、所述第二导电层232完全正对。
优选的，所述电极层220的数量为n层，所述导电层230的数量至少为n+1层，其中，n为自然数。例如，当电极层220为一层时，电极层220的上方和下方分别有一导电层230，导电层230的数量为2。在本申请的其他实施例中，当电极层220为一层时，所述导电层230也可以为更多层，例如为三层，其中，可以两层导电层位于所述电极层220下方，并分别部分正对所述电极层220，另外一层导电层位于所述电极层220上，并至少部分正对所述电极层220。
本实施例一中，所述导电层220呈叉指结构，所述导电层220的叉指数量与所述第一极板221的叉指数量相同，所述导电层220与所述第一极板221正对。导电层220除了呈叉指结构的形状也可以是其他的形状。例如，所述导电层230的形状可以呈一整片形。
进一步的，所述电容器还包括连接孔，所述导电层230通过所述连接孔与所述第二极板222连接。通过连接孔将导电层230上的寄生电容引到第二极板222上。本实施例通过第一连接孔241将第一导电层231和第二极板222连通，可以将第一导电层231上的电容引到第二极板222上；通过第二连接孔242连通第二导电层232和第二极板222，将第二导电层232上的寄生电容引到第二极板222上。从而减少了第一极板221上的寄生电容。
进一步的，在所述的电容器200中，所述连接孔的数量为多个，多个连接孔可以提高了所述导电层231和所述第二极板222之间的连接可靠性，以及所述导电层232和所述第二极板222之间的连接可靠性。在此，所述第一连接孔241和所述第二连接孔242的数量均为多个。
在本实施例一中，所述导电层230的材料选自金属或者多晶硅。当电容器200只有一层电极层220，在本实施例一的电容器200中，第一导电层231位于衬底210与第一极板221之间，此时，第一导电层231的材料优选为多晶硅。
优选的，所述电极层220的材料选自金属。电容器200的电极层220选用导体，金属是很好的导电材料，因此电极层220的材料优选金属。
进一步的，所述电容器200还包括：第一绝缘层251，所述第一绝缘层251位于所述衬底210上，所述电极层220位于所述第一绝缘层251中；第二绝缘层252，所述第二绝缘层252位于所述衬底210上，所述导电层230位于所述第二绝缘层252中，且所述导电层230通过所述第二绝缘层252或者所述第一绝缘层251与所述电极层220绝缘。在本申请实施例中，所述第二绝缘层252的层数为两层，分为位于所述第一绝缘层251的下方和上方，其中，一层第二绝缘层252中形成第一导电层231，另一层第二绝缘层252中形成第二导电层232。
本实施例一中，可先在一半导体衬底210上形成第二绝缘层252，刻蚀所述第二绝缘层252以形成沟槽，填充金属于所述沟槽中以形成第一导电层231；接着，在所述第二绝缘层252上形成第一绝缘层251，并在所述第一绝缘层251中形成代表第一极板221形状的第一沟槽和代表第二极板222形状的第二沟槽，在第一沟槽和第二沟槽填充金属，从而形成第一极板221和第二极板222；接着，在所述第一绝缘层251中再次形成一层第二绝缘层252，并在所述第二绝缘层252中形成代表第二导电层232形状的沟槽，向沟槽内填充金属，从而形成第二导电层232。
接着，根据图6作进一步说明，图6是一种包括电容器200的电路连接方式，电容器200的第二极板(下级板)通过第一开关S1连接输入电压VIN或者通过第二开关S2连接参考电压VREF或者通过第三开关开关S3接地GND，电容器的第一极板(上极板)连接共模电压VCM-。最后测得本实施例的电容器200的值与现有技术的电容器100的值相比如下表1。
表1
本实施例电容器 现有电容器
Cpu 2.79fF 11.4fF
Cpd 34.8fF 10.7fF
MOM 534.8fF 519.0fF
表1中，现有技术常用的MOM电容器中上极板到衬底SUB的寄生电容为11.4fF，而本实施例中上极板到衬底的寄生电容Cpu为2.79fF，本实施例中上极板到衬底SUB的寄生电容比现有技术常用的电容器中上极板到衬底的寄生电容降到了大约1/4，最终使寄生电容对于SAR型ADC线性度的影响降低至大约1/4。
【实施例二】
参照图5，在本实施例二中提供了另一种电容器300，电极层320的数量为2层，分别包括第一电极层321和第二电极层322；导电层330的数量设置为3层，分别包括第一导电层331，第二导电层332和第三导电层333。第一导电层331位于衬底310之上且第一电极层321的下方，第一导电层331的材料优选为多晶硅材料。第二导电层332位于第二电极层322的下方且第一电极层321的上方，即第二导电层332位于第一电极层321与第二电极层322之间，第三导电层333位于第二电极层322上方。在此，所述第一导电层331可以部分或者全部正对所述第一电极层321中的第一极板，所述第二导电层332可以部分或者全部正对所述第一电极层321中的第一极板且部分或者全部正对所述第二电极层322中的第一极板，所述第三导电层333可以部分或者全部正对所述第二电极层322中的第一极板。其中，第二导电层332的材料优选为金属材料。此时就将第一电极层321的第一极板与第二电极层322之间的寄生电容转换成了第一极板与第二导电层332之间的寄生电容，并引到了所述第一电极层321的第二极板上。
综上，在本发明实施例提供的一种电容器200中，通过将第一极板221的下方增加第一导电层231和在第一极板221上方增加第二导电层232，阻断原来第一极板231与相邻层之间产生的寄生电容，即使原来第一极板231与相邻的层之间产生的寄生电容转换成第一极板221与第一导电层231或第二导电层232上的寄生电容；将第一导电层231和第二导电层232分别连接至第二极板222，第一导电层231和第二导电层232上的寄生电容被引到第二极板222上，最终减小了第一极板221的寄生电容，提高了包括电容器200的ADC(模数转换器)的线性度。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电容器，其特征在于，所述电容器包括：
衬底；
至少一层电极层，位于所述衬底上，所述电极层包括：第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板均呈叉指结构且相对交错排布，所述第一极板用于连接共模电压，所述第二极板用于连接参考电压；
导电层，位于所述衬底上，所述导电层能够与所述第一极板产生寄生电容，且所述导电层与所述第二极板连接。
2.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，所述导电层的数量为多层，所述电极层的上方和下方均至少形成有一层所述导电层，并且所述导电层至少部分对着所述第一极板。
3.如权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述电极层的数量为n层，所述导电层的数量至少为n+1层，其中，n为自然数。
4.如权利要求2所述的电容器，其特征在于，所述导电层呈叉指结构，所述导电层的叉指数量与所述第一极板的叉指数量相同，所述导电层与所述第一极板正对。
5.如权利要求1～4中任一项所述的电容器，其特征在于，所述电容器还包括连接孔，所述导电层通过所述连接孔与所述第二极板连接。
6.如权利要求5所述的电容器，其特征在于，所述连接孔的数量为多个。
7.如权利要求1～4中任一项所述的电容器，其特征在于，所述导电层的材料选自金属或者多晶硅。
8.如权利要求1～4中任一项所述的电容器，其特征在于，所述电极层的材料选自金属。
9.如权利要求1～4中任一项所述的电容器，其特征在于，所述电容器还包括：
第一绝缘层，所述第一绝缘层位于所述衬底上，所述电极层位于所述第一绝缘层中；
第二绝缘层，所述第二绝缘层位于所述衬底上，所述导电层位于所述第二绝缘层中，且所述导电层通过所述第二绝缘层或者所述第一绝缘层与所述电极层绝缘。
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